一類欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的切換控制設(shè)計(jì).pdf

1、欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指控制輸入數(shù)少于系統(tǒng)狀態(tài)維數(shù)的系統(tǒng)。輸入的缺失使得欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在減少執(zhí)行元件個(gè)數(shù)、節(jié)約能量、增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性、減輕重量、降低成本等方面較完全驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性，因此對(duì)它的控制研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高度非線性、強(qiáng)耦合、參數(shù)攝動(dòng)等特點(diǎn)，使得欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制具有很大的難度。
　　本文的研究對(duì)象是由加拿大Quanser公司購(gòu)進(jìn)的二自由度平面倒立擺，研究的主要目的在于擴(kuò)大擺桿的偏角范圍，切換的思想

2、貫穿全文。本文主要工作包括如下幾個(gè)方面:
　　（一）首先，基于歐拉-拉格朗日動(dòng)力學(xué)原理建立倒立擺的非線性動(dòng)力學(xué)模型。其次，針對(duì)倒立擺的線性化模型分析其穩(wěn)定性、能控性和能觀性。
　?。ǘ┽槍?duì)倒立擺系統(tǒng)的線性化模型，分別設(shè)計(jì)了LQR控制器和極點(diǎn)配置控制器，然后對(duì)其進(jìn)行硬切換和軟切換的設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)沽[系統(tǒng)在擺桿的偏角比較大時(shí)，也能使其回到平衡位置。同時(shí)，利用輸入-輸出線性化的方法將非線性模型進(jìn)行線性化處理，設(shè)計(jì)了多點(diǎn)處的LQR硬切

3、換控制器和軟切換控制器，并用仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性。
　?。ㄈ┽槍?duì)倒立擺系統(tǒng)的線性化模型，用Backstepping方法設(shè)計(jì)了控制器。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有兩個(gè)正常數(shù)可以進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，通過(guò)硬切換和軟切換的思想對(duì)兩個(gè)常數(shù)進(jìn)行不同選取，設(shè)計(jì)了硬切換和軟切換控制器，并用仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性。
　　（四）針對(duì)上述理論結(jié)果，搭建了半實(shí)物仿真平臺(tái)，將設(shè)計(jì)好的控制器用在二自由度平面倒立擺實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，能使倒立擺擺桿穩(wěn)定在豎直位置，從